淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

龐小蘭 王勇明

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)是制造業(yè)的基礎(chǔ)，本文通過(guò)對(duì)材料選擇在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用，提出了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的原則，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中不同材料的選擇，提出了材料的應(yīng)用方法，為相關(guān)的實(shí)踐帶來(lái)一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 材料 選擇 應(yīng)用

引言

機(jī)械設(shè)計(jì)在制造業(yè)中占據(jù)著重要的作用，它是制造業(yè)的基礎(chǔ)。隨著科技的發(fā)展，新材料、新方法、新工藝等新型生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，為機(jī)械設(shè)備制造開(kāi)拓了新的天地。新材料如何使用，工藝路線如何制定，尚需進(jìn)行深入的探討。

一、材料選擇在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要性

材料是構(gòu)成機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)，在各行各業(yè)材料的應(yīng)用都是非常廣泛。在如果選材不當(dāng)，容易產(chǎn)生機(jī)械產(chǎn)品的提前報(bào)廢，給社會(huì)帶來(lái)?yè)p失，因此合理在材料的選擇和應(yīng)用上是十分重要的。每一種材料均有其獨(dú)特的理化特征，充分發(fā)揮其特點(diǎn)，展現(xiàn)其潛力是，機(jī)械設(shè)計(jì)選材的重要內(nèi)容。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的原則

1、滿足使用性的原則

機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料是各零件構(gòu)成的基礎(chǔ)。在分析零件時(shí)，要根據(jù)零件的外形尺寸和內(nèi)部的受力情況計(jì)算出應(yīng)有的力學(xué)、性能指標(biāo)，這樣才能有效地選擇材料。零件因其在機(jī)械中所起的作用不同，就要詳細(xì)分析零件的使用條件，即受力的分布情況，所處的運(yùn)行環(huán)境（包括自然環(huán)境、電磁環(huán)境等）中載荷的變化，這些條件的改變，將造成零件的實(shí)效，認(rèn)真分析原因，還能為選材提供依據(jù)。

2、滿足工藝性的原則

由材料到零件需要一定的加工過(guò)程，而材料的工藝性能，決定了零件加工的加工性能，顯然越容易加工的零件，其成本就較低。零件的主要制造工藝涉及到鑄造工藝、鍛壓工藝、焊接工藝，以及熱處理工藝、切削工藝等。在加工工藝上，投入的成本越高，意味著零件的價(jià)格更高。因此，采取適當(dāng)?shù)墓に噥?lái)生產(chǎn)零件是有必要的。

3、滿足經(jīng)濟(jì)性的原則

經(jīng)濟(jì)性是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。降低成本可以采取以下的措施，降低加工成本。在零件加工的過(guò)程中，要使用最為簡(jiǎn)潔的工藝方法。用型材不用加工件，用便宜金屬不用貴金屬，用非金屬材料不用金屬材料；或者貴賤金屬組合，關(guān)鍵部位使用貴金屬，其它非關(guān)鍵部件使用價(jià)格低的金屬；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，多使用通用零部件，這樣能提高效率，減少工期。這些均是減低成本，提高經(jīng)濟(jì)性的手段。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)中不同材料的選擇

1、金屬材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，金屬材料有著重要的地位，因其具有良好的理化性，是使用廣泛的材料。金屬材料有很多，最常使用的有鐵、銅、鋁、錫等，當(dāng)然也有貴金屬，金銀等。金屬具有良好的延伸性，非常適合制造零部件。當(dāng)然，一些金屬合金因其具有良好的理化性能， 能夠大幅度地提高機(jī)械性能，使金屬使用的空間更為廣泛。

2、復(fù)合材料

如同合金一樣，復(fù)合材料是兩種或兩種以上的物質(zhì)，經(jīng)過(guò)理化變化，形成的新材料。這種復(fù)合材料，有著兩種或兩種以上物質(zhì)的特點(diǎn)，形成了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料一般可以分成兩類，即金屬類復(fù)合材料和非金屬類復(fù)合材料。這兩類復(fù)合材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中均有大量的應(yīng)用，特別是在一些有特殊要求的地方，復(fù)合材料因其重量輕，理化性能好，均得到了廣泛應(yīng)用，如在飛機(jī)制造中，大量使用復(fù)合材料，保證了飛行安全。

3、高分子材料

此類材料由高分子化學(xué)物質(zhì)聚合而成，因此又被成為聚合物材料，因工程的需要，對(duì)其添加了一定的改良劑，使其性能上發(fā)生了很大的變化。最為常用的高分子材料就是塑料、合成纖維等，其具有的良好的特性，正逐步得到越來(lái)越多的應(yīng)用，這樣在提高機(jī)械的設(shè)計(jì)壽命、降低使用成本上，均有突出的表現(xiàn)。

4、陶瓷材料

陶瓷材料作為一種新興的材料，可分為碳化硅、氮化硅兩種。陶瓷材料具有硬度高，抗腐蝕，耐研磨等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到精密儀器儀表的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，成為高科技用途的重要使用材料。

四、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)用

1、載荷情況

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)材料的載荷情況有著明確的規(guī)定，所以在載荷情況上有多加注意。在材料的選擇上，如果降低載荷標(biāo)準(zhǔn)，這樣講影響機(jī)械的壽命，不能完全發(fā)揮出機(jī)械的效能。因此在選材時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)選用高載荷的材料，這樣更能發(fā)揮出機(jī)械的效能。

2、能耗程度

在選擇材料的時(shí)候，要注意能耗的問(wèn)題，即盡量降低設(shè)備制造過(guò)程中的能耗，這既包括材料提取制造的能耗，也包括材料加工成零件的能耗。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，盡量選擇能耗低的材料，能不用熱處理的材料優(yōu)先采用，如果必須采用熱處理，也應(yīng)選擇工藝程序少的材料，這樣不僅能有效降低成本，還能創(chuàng)造環(huán)境友好型的企業(yè)。

3、環(huán)境保護(hù)

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要注意環(huán)境保護(hù)工作。我國(guó)的資源是有限的，利用好有限的資源，盡量減少對(duì)環(huán)境的污染，應(yīng)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。盡量選擇對(duì)環(huán)境破壞小的金屬材料，不要過(guò)多使用重金屬材料，使用發(fā)展的眼光進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，體現(xiàn)材料與應(yīng)用的最佳結(jié)合，提高設(shè)計(jì)的環(huán)境友好，充分挖掘材料本身的能力。

4、使用性能

機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械的使用，因此，在材料選擇上，要依據(jù)零部件的特點(diǎn)，所要求的性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行選擇。在實(shí)現(xiàn)了使用功能后，機(jī)械還有一些別的要求，例如外形要求新穎美觀，機(jī)械強(qiáng)度需要加強(qiáng)，這些要求，要根據(jù)客觀條件，適當(dāng)?shù)剡x擇合適的材料完成這些要求。

5、循環(huán)利用

從人均資源占有量的角度講，我國(guó)的資源相當(dāng)匱乏。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)上，要根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，選擇能夠循環(huán)使用的材料，或者將不能循環(huán)使用的材料改造成循環(huán)使用材料，這樣，不僅僅是資金成本的節(jié)約，也是資源的節(jié)約，為我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)提供了資源保障。

結(jié)語(yǔ)

伴隨著我國(guó)新時(shí)代的腳步，我國(guó)的機(jī)電產(chǎn)品將越來(lái)越先進(jìn)。通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的初步探討，只是對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的實(shí)踐帶來(lái)一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

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